Читая каменную летопись Земли...

Конюхов Александр Иванович

Существуют, однако, «пассажиры», которые предпочитают воздушный транспорт. Это частицы вулканического происхождения. Они также могут иметь самые разные размеры. При этом самые крупные — глыбы и вулканические бомбы, называемые лапилли, встречаются лишь вокруг жерла вулкана, из которого они были выброшены при извержениях. Это камни неправильной формы со спекшейся ноздреватой поверхностью и застывшие в воздухе сгустки магмы. Для них характерны самые причудливые очертания, черный цвет, оплавленные края, сложная система каверн и канальцев.

Основные продукты извержений — вулканический пепел и пемза могут разноситься на огромные расстояния потоками ветра. Естественно, что большая часть этого вещества оседает

в радиусе нескольких десятков — первых сотен километров от вулкана. Однако при некоторых сильнейших извержениях, когда выбросы направлены вверх и не отклоняются ветром, огромные массы тонких частиц поднимаются в верхние слои стратосферы и огибают весь земной шар, сначала в пределах определенной широтной зоны, а затем, распространяясь и над другими районами, от полюса до полюса. Именно таковым было в недавнем прошлом извержение мексиканского вулкана Эль-Чичон, вызвавшее необычные атмосферные явления, похожие на северное сияние, но наблюдались они в средних широтах (в частности, осенью 1984 г. в Париже). Это эксплозивное извержение большой силы привело к изменению в последующие два года климата во многих странах, и прежде всего расположенных в пределах Тихоокеанского кольца.

Пепел — это в основном частички вулканического стекла с размерами от мелкопесчаных до пелитовых. В зависимости от силы вулканического извержения и направления ветра они покрывают черным шлейфом территорию, засыпая посевы, вызывая пожары и гибель людей. Этот воздушный десант опускается и над морем, где вулканические частицы подхватываются волнами, течениями и разносятся наряду с другим материалом, терригенным и органогенным. Большинство частиц вскоре достигает дна, где на огромных пространствах образуется пласт или прослой, датирующий вмещающие осадки.

Таковы три основных источника осадочного материала, из которого построена верхняя оболочка стратисферы, получившая название земной коры. В современных и плейстоценовых рыхлых осадках встречаются и редкие следы космических «пришельцев». Это мелкие, различимые только под электронным сканирующим микроскопом шарики — продукты сгорания в земной атмосфере метеоритов и других мелких небесных тел. Их, как правило, наблюдают при исследовании глубоководных океанических осадков, отличающихся очень низкими скоростями накопления.

Время и место действия

Со времени возникновения на Земле биосферы у ее поверхности сталкивались три потока частиц — обломочных, органогенных и вулканических. Сочетание этих трех начал определяло облик будущей породы. На суше всегда господствовал обломочный материал, в водной среде — органогенный. Вулканические частицы в большинстве случаев оставались экзотической «приправой» к основному «блюду» из терригенных или карбонатных зерен и лишь в областях с высокой тектонической активностью, а таковые, как правило, расположены на границе континента и океана (точнее, на конвергентных границах литосферных плит), начинали играть заметную, иногда ведущую роль.

Жизнь изначально возникла в океане, а уж потом через многие сотни миллионов лет завоевала сушу. Эволюция живых существ шла в основном неспешно, лишь на определенных рубежах совершая драматические скачки. Многие из живших на том или ином этапе развития жизни организмов вообще исчезли бесследно. Сведения о других, а таких большинство, мы черпаем, изучая отпечатки, раковины и другие форменные элементы, а если говорить о колониальных формах — то органогенные постройки, конструкция которых менялась по мере исчезновения одних видов и распространения других. Среди обитавших давным-давно организмов встречаются виды, существующие и сегодня. Это геологические «долгожители». В целом же в калейдоскопе сменявших друг друга форм исследователь находит не так уж много тех, что сохранились и в современную эпоху. Каждый геологический век был отмечен определенным набором ископаемых форм организмов, и, чем больше вымерших видов с ним связано, тем точнее палеонтологи могут датировать вмещающие эти формы слои. Таким образом, когда вместе с обломочными частицами на дно поступают органические остатки, сформированные из них отложения оказываются как бы мечеными. Осадки, содержащие подобные маркеры, получают своего рода удостоверение личности. Сопоставляя подобные данные, геологи могут определить возраст отложений.

Узнаваемые органические формы, по которым можно датировать осадки, появились на поверхности планеты с геологической точки зрения не так уж давно, всего 1,2–1 млрд лет назад. Поистине разнообразным органический мир стал в более поздние геологические эры, например палеозойскую, начало которой относится к рубежу 0,6 млрд лет назад. Более древние, докембрийскис образования почти не содержат надежных биологических маркеров, и расчленять их по возрасту по-прежнему чрезвычайно трудно. Надо сказать, что далеко не все молодые осадочные толщи удастся датировать палеонтологическими методами.

В разрезах земной коры много так называемых немых слоев, лишенных палеонтологических остатков. Их возраст определяется по сопоставлению с ниже- и вышележащими отложениями, имеющими «визитную карточку», если под таковой понимать заключенную в них фауну или флору.

Подобно тому как по лицу человека можно определить его возраст, так и по внешнему облику породы можно составить самое общее представление о времени, прошедшем с момента ее образования. Есть целый ряд таких признаков: высокая плотность, неспособность размокать в воде, трещиноватость, сливная структура и др. Породы относительно молодые по возрасту в некоторых ситуациях имеют все признаки очень древних образований. Чаще всего это наблюдается в областях тектонического сжатия, где гигантские массы осадков скучиваются, деформируясь и образуя складки. Огромные давления, а нередко и температуры, существующие в недрах Земли, способны трансформировать облик относительно молодых отложений почти до неузнаваемости. Напротив, древние осадки, не погружавшиеся глубоко, сохраняют большую часть первичных характеристических черт.

Частично проблему определения возраста пород удалось решить за счет радиоизотопов. Периоды полураспада радиоактивных элементов хорошо известны. Поэтому если в осадок при его формировании попало достаточное количество радиоактивных элементов, то, установив содержание этих последних и продуктов их распада в породе, можно с достаточной точностью рассчитать длительность того промежутка времени, в течение которого происходил распад того или иного элемента. Это и будет та величина, которая принимается за абсолютный возраст вмещающей породы.

Наиболее универсальными для датировки древних осадочных образований считаются калий-аргоновый, рубидий-стронциевый и уран-свинцовый методы. Радиоактивный ⁴⁰К попадает в осадок в составе вулканического пепла, который уже после захоронения обычно раскристаллизовывается в слоистые силикаты глин — К-бентонит, феррисмектит и другие минералы. Он входит в кристаллическую решетку и при образовании калийсодержащих минералов in situ. Если аргон, возникающий в процессе распада ⁴⁰К, остается в их кристаллической решетке, то, установив величину K/Ar, можно рассчитать возраст породы. Одним из минералов, пригодных, помимо калиевых полевых шпатов, для определения абсолютного возраста калий-аргоновым методом, является глауконит. В его составе довольно много калия. К тому же он формируется на морском дне в условиях, как правило исключающих массовое переотложение. По глаукониту, лишенному признаков разрушения в процессе вторичного перемыва, удается получить довольно точные возрастные определения.